盾構(gòu)的原理施工技術(shù)及發(fā)展方向

盾構(gòu)的原理、施工技術(shù)及發(fā)展方向2016年4月中鐵十局集團(tuán)有限公司

目錄1、盾構(gòu)機(jī)的原理2、盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng)3、盾構(gòu)施工的發(fā)展方向1.1、盾構(gòu)機(jī)簡(jiǎn)述盾構(gòu)機(jī)主要由開(kāi)挖系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、排土系統(tǒng)、管片拼裝系統(tǒng)、油壓、電氣、控制系統(tǒng)、姿態(tài)控制裝置、導(dǎo)向系統(tǒng)、壁后注漿裝置、后方臺(tái)車(chē)、集中潤(rùn)滑裝置、超前鉆機(jī)及預(yù)注漿、鉸接裝置、通風(fēng)裝置、土碴改良裝置及其他一些重要裝置如盾殼、穩(wěn)定翼、人閘等組成。盾構(gòu)機(jī)全長(zhǎng)74.3米，全重500噸，從前往后依次為盾構(gòu)本體（刀盤(pán)、前體、中體、盾尾三部分）、連接橋架、1?！?＃臺(tái)車(chē)。1、盾構(gòu)機(jī)的原理

盾構(gòu)本體（刀盤(pán)、前盾、中盾、盾尾組成）

連接橋架

1#臺(tái)車(chē)

2#臺(tái)車(chē)

3#臺(tái)車(chē)

5#臺(tái)車(chē)

4#臺(tái)車(chē)

1.2、盾構(gòu)機(jī)的原理盾殼支承著圍巖并保護(hù)著刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，在千斤頂推力的作用下，刀盤(pán)上被切割、破碎的碴土，經(jīng)過(guò)開(kāi)口進(jìn)入密閉室，當(dāng)密閉室內(nèi)的泥土壓力與開(kāi)挖面壓力取得平衡的同時(shí)，端部伸入密閉室下部的螺旋輸送機(jī)開(kāi)機(jī)排土，控制螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速或者盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)速度，達(dá)到密閉室內(nèi)的泥土壓力與開(kāi)挖面壓力的動(dòng)態(tài)平衡。碴土通過(guò)配套的運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)至洞外。盾構(gòu)機(jī)原理演示.wmv2、盾構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)和注意事項(xiàng)

盾構(gòu)法施工是在隧道某段的一端建造工作井以供盾構(gòu)機(jī)安置就位，盾構(gòu)機(jī)從工作井的墻壁開(kāi)孔處出發(fā)，沿著設(shè)計(jì)軸線向另一端掘進(jìn)，盾構(gòu)總體施工流程為：始發(fā)井交付使用→盾構(gòu)托架就位→盾構(gòu)機(jī)下井、安裝、調(diào)試→初始掘進(jìn)（L=80~100m）→負(fù)環(huán)拆除及其它調(diào)整→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)中間站→盾構(gòu)機(jī)通過(guò)中間站→盾構(gòu)機(jī)再次安裝、調(diào)試→盾構(gòu)機(jī)再次初始掘進(jìn)→正常掘進(jìn)→盾構(gòu)機(jī)到達(dá)終點(diǎn)站→盾構(gòu)機(jī)解體外運(yùn)→隧道清理準(zhǔn)備驗(yàn)收2.1、端頭加固技術(shù)和注意事項(xiàng)盾構(gòu)機(jī)在進(jìn)出洞時(shí)，工作面將處于開(kāi)放狀態(tài)，這種開(kāi)放狀態(tài)將持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間。如果處理不當(dāng)，地下水、流砂、涌泥等就會(huì)進(jìn)入工作井，嚴(yán)重情況下會(huì)引起洞門(mén)塌方。加固的目的：提高端頭土體強(qiáng)度，堵塞顆粒的間隙和地層的水，確保盾構(gòu)機(jī)始發(fā)和到達(dá)的安全。（1）、控制地表沉降，端頭不坍塌。（洞門(mén)破除期間，始發(fā)階段）（2）、盾構(gòu)始發(fā)進(jìn)入加固體，或盾構(gòu)到達(dá)穿過(guò)加固體時(shí)水土不大量流失。（3）、重型機(jī)械作用時(shí)土體的承載力。（主要指盾構(gòu)吊裝期間）加固的要求：（1）、洞門(mén)破除后能有效的抵擋洞門(mén)處的水土壓力；（2）、能有效的封堵洞門(mén)圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)的滲水；（3）、盾構(gòu)能較易破除加固體；盾構(gòu)始發(fā)時(shí)圖片2.1.1端頭加固的方法

端頭加固可以單獨(dú)采用一種工法或多種工法相結(jié)合的加固手段，主要取決于地質(zhì)情況、地下水、覆蓋層厚度、盾構(gòu)機(jī)直徑、盾構(gòu)機(jī)型、施工環(huán)境等因素。同時(shí)考慮安全性、施工性方便、經(jīng)濟(jì)性、進(jìn)度等。

攪拌樁工法：通過(guò)攪拌樁使端頭土體凝聚力和內(nèi)摩擦角改變，主要適用于淤泥、粘土層和砂層，但在砂層加固效果差，須與旋噴樁等工法配合使用。該方法受?chē)?guó)產(chǎn)設(shè)備性能限制，一般在14m深度以下加固效果很差。它的優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低。易出問(wèn)題：加固不連續(xù)，加固體強(qiáng)度偏低，吊鉆頭。

旋噴樁工法（單重管、雙重管、三重管）：對(duì)于砂層改良效果好，也適用于淤泥、粉土、粘土層，但砂礫地基和粘著力大的粘土有時(shí)不能形成滿意的改良樁，施工深度在40m以下時(shí)，效果較差。

注漿工法：主要適用于深度較深的砂質(zhì)地層、砂礫層，地層較好的地段或與攪拌樁等工法相結(jié)合，對(duì)于水量不大的地段進(jìn)行加固止水?？蛇M(jìn)行單液和雙液注漿，同時(shí)可進(jìn)行跟蹤注漿。2.1.2端頭加固的注意事項(xiàng)（1）、選擇合理的端頭加固的方法（決定加固是否成功的關(guān)鍵）（2）、做好加固前的準(zhǔn)備工作（必須充分理解工作井洞口周?chē)貙拥耐临|(zhì)情況，掌握各層土的主要物理力學(xué)性能指標(biāo)、所影響區(qū)域的地面；地下建筑物、構(gòu)筑物、公眾設(shè)施、地下管線等的調(diào)查）（3）、樁身垂直度不夠，樁身偏斜，加固體不連續(xù)，樁間不咬合；（4）、砂層中施工參數(shù)選取不合理，達(dá)不到預(yù)想的加固效果?？赏ㄟ^(guò)試樁和調(diào)整施工工藝解決。（5）、夾層的處理措施不當(dāng)；（6）、端頭加固的實(shí)施時(shí)間、完成時(shí)間盡可能提前；（7）、抽芯后未回灌砂漿密實(shí)；2.2、盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)技術(shù)和注意事項(xiàng)盾構(gòu)始發(fā)是盾構(gòu)施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。其主要內(nèi)容包括：盾構(gòu)機(jī)始發(fā)托架的定位安裝、盾構(gòu)機(jī)及后續(xù)臺(tái)車(chē)的下井安裝及調(diào)試、安裝密封膠圈、安裝負(fù)環(huán)管片、盾構(gòu)機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)、拆除洞門(mén)臨時(shí)墻、盾構(gòu)機(jī)加壓和掘進(jìn)等。

在盾構(gòu)機(jī)始發(fā)之前一定要掌握盾構(gòu)機(jī)操作規(guī)程，嚴(yán)格按規(guī)程操作。拖架拖架密封圈洞門(mén)破除盾體組裝

盾構(gòu)機(jī)始發(fā)掘進(jìn)的注意事項(xiàng)（1）、破洞門(mén)時(shí)失穩(wěn)主要表現(xiàn)為土體坍塌和水土流失，其主要原因就是端頭加固不好所致。在小范圍的情況下，可邊破除洞門(mén)砼，邊噴素砼的辦法對(duì)土體臨空面進(jìn)行封閉。對(duì)于坍塌失穩(wěn)情況嚴(yán)重，只有封閉洞門(mén)，重新加固。（2）、洞門(mén)密封的主要目的是減少土體流失，其主要原因也是端頭加固不好和洞門(mén)密封安裝精度不高所致。在始發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)洞門(mén)密封效果不好時(shí)，及時(shí)通過(guò)調(diào)整配合比，使注漿后及早封閉，也可以采用在洞門(mén)密封外側(cè)向洞門(mén)內(nèi)部注快凝的雙液漿的辦法來(lái)解決。（3）始發(fā)推進(jìn)過(guò)程，在盾構(gòu)刀盤(pán)到達(dá)掌子面及脫離加固區(qū)時(shí)，容易出現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)“磕頭”現(xiàn)象，根據(jù)地質(zhì)條件的不同，有可能出現(xiàn)超限的情況。為此，通常采用抬高盾構(gòu)機(jī)的始發(fā)姿態(tài)、合理安裝始發(fā)導(dǎo)軌以及快速通過(guò)的辦法盡量避免“磕頭”或減小“磕頭”的影響。2.3、盾構(gòu)機(jī)測(cè)量導(dǎo)向技術(shù)及注意事項(xiàng)采用德國(guó)VMT公司生產(chǎn)的SLS-T自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)進(jìn)行控制，該系統(tǒng)是目前世界上在地鐵盾構(gòu)法施工領(lǐng)域最為先進(jìn)的隧道掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)。加強(qiáng)了施工過(guò)程中的管理水平和提高工程自動(dòng)化控制程度，減輕了人工測(cè)量的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高盾構(gòu)施工的速度，其主要目的就是為了確定各相關(guān)點(diǎn)的坐標(biāo)，通過(guò)系統(tǒng)在盾構(gòu)機(jī)操作室的電腦上顯示前后參考點(diǎn)的水平和垂直偏離值、里程。使用該系統(tǒng)可以滿足盾構(gòu)法施工測(cè)量的需要。SLS-T導(dǎo)向系統(tǒng)主要由激光全站儀、ELS激光系統(tǒng)、個(gè)人電腦、調(diào)制解調(diào)器、電源、PLC、測(cè)斜儀、軟件等部分組成。VMT系統(tǒng)軟件主界面整個(gè)系緩統(tǒng)的組爪成情況鐵及各個(gè)胞部件之卸間的相吩互關(guān)聯(lián)醋如下圖湖所示：為了棚控制歌盾構(gòu)輔機(jī)自調(diào)動(dòng)導(dǎo)芹向系也統(tǒng)的竭精度定，確科保隧牢道的淺準(zhǔn)確駕貫通遠(yuǎn)，需愈定期投利用駕洞內(nèi)抬的控弟制導(dǎo)觀線，誓來(lái)校愛(ài)核和兆調(diào)整絮激光灰全站蒜儀的幕坐標(biāo)組及人惑工測(cè)在定盾貓構(gòu)機(jī)欄的位叉置與SLS存-T自動(dòng)導(dǎo)凝向系統(tǒng)凳顯示的扔盾構(gòu)機(jī)準(zhǔn)的位置城是否一追致，而慨對(duì)盾構(gòu)塘機(jī)自動(dòng)握導(dǎo)向系旦統(tǒng)進(jìn)行脊調(diào)試。害調(diào)試工毛作主要肌是確保子測(cè)量控唱制點(diǎn)穩(wěn)首定、可論靠，避姑免因吊霞籃控制貢點(diǎn)位移降或?qū)蜃笙到y(tǒng)本排身的誤起差引起諸偏差。2.4、管片壞選型及尚安裝技徹術(shù)及注礦意事項(xiàng)管片誤作為偵隧道叫施工崗的支圣護(hù)結(jié)議構(gòu)，網(wǎng)是主注要的間受力蘿結(jié)構(gòu)衣，也抬直接阿關(guān)系誼到防摩水效閘果的花好壞材。因民此管狂片安詳裝質(zhì)發(fā)量的耳好壞糾不僅架直接巷關(guān)系鋼到成蠻洞的落質(zhì)量取，而心且對(duì)忍盾構(gòu)綱機(jī)能尸否繼摟續(xù)順征利推揮進(jìn)有疲著直匆接的呀影響皮。、管雁片選妨型及趙安裝厘技術(shù)管片選畏型要適廁合隧道犯設(shè)計(jì)線廳路：根據(jù)稈隧道的充埋深和況地質(zhì)狀班況，管冒片的選頓型嚴(yán)格趴依據(jù)設(shè)素計(jì)圖紙柳的要求剪。管片汽選型坦要適奔應(yīng)盾毒構(gòu)機(jī)浮的姿衰態(tài)：管片三陡種型號(hào)漢，標(biāo)準(zhǔn)童環(huán)、左扣轉(zhuǎn)環(huán)、悔右轉(zhuǎn)環(huán)斗。管片均是在盾敲尾內(nèi)拼再裝，所倉(cāng)以不可衣避免的視受到盾訊構(gòu)機(jī)姿前態(tài)的約弱制。管猜片平面控盡量垂閃直于盾欄構(gòu)機(jī)軸成線，讓軍盾構(gòu)機(jī)我的推進(jìn)癢油缸能冷垂直地扯推在管它片上，詞這樣使羅管片受墳力均勻懸，掘進(jìn)擺時(shí)不會(huì)疾產(chǎn)生管告片破損爛。同時(shí)舍也要兼膝顧管片性與盾尾卸之間的拿間隙，近避免盾共構(gòu)機(jī)與律管片發(fā)叛生碰撞速而破損昆管片。醉當(dāng)因地乖質(zhì)不均牲、推力籮不均等府原因，斤使盾構(gòu)豎機(jī)偏離押線路設(shè)祥計(jì)軸線竟時(shí)，管診片的選季型要適晝宜盾構(gòu)辟機(jī)的姿姨態(tài)。K快兩鄰斷接塊標(biāo)準(zhǔn)逐塊盾構(gòu)隧演道圖片人行兼道運(yùn)輸?shù)兰匪芨邏弘姺爬|風(fēng)管、管五片選齒型及筆安裝徹注意腦事項(xiàng)管片在挺安裝前盜要進(jìn)行唯一次檢欠查，再賢確認(rèn)管棟片種類(lèi)壤正確、始質(zhì)量完嗽好無(wú)缺格和密封欲墊粘結(jié)溫?zé)o脫落牽，管片窯的吊裝宣孔預(yù)埋猛位置正月確，逆繪止閥、陳封堵蓋膏完好無(wú)俗損，以塔及其它炮主要預(yù)慕埋件和秘混凝土掘的握裹還牢固，趁管片接酸頭使用斑的螺栓蘋(píng)、螺母?jìng)}、墊圈芳、螺栓腐防水用雷密封墊敗等附件青準(zhǔn)備齊張全后，身才允許銹安裝。漿每環(huán)管巨片安裝乏結(jié)束后禿要及時(shí)越擰緊各叢個(gè)方向證的螺栓驢，且在嶄該環(huán)脫勝出盾尾慨后再次屈擰緊。拳防止因隱管片螺缸栓未緊娘固而發(fā)戒生錯(cuò)臺(tái)暑。2.5、管貝片背狼后回促填注帝漿技擁術(shù)管片海背后程回填頃注漿繡（同盜步注餅漿）設(shè)是防址止地姑層下呀降并振使作石用于掃隧道害的土逗壓力蛾得以座均布晴，注遞漿回援填到鄭管片泰背面不，形有成一悄定厚荒度的喇充填不層，籮防止稈隧道缺承受漲偏壓瘋及接色縫張倡開(kāi)。男充填據(jù)層本震身起續(xù)防水山層作再用?；靥钭{的方瘦式漿液的錘種類(lèi)回填注咳漿的參弦數(shù)選擇(壓力,數(shù)量,強(qiáng)度)同步注范漿攪拌五系統(tǒng)同步注溉漿系統(tǒng)2.救6、盾構(gòu)該機(jī)到達(dá)堆技術(shù)及荷注意事晌項(xiàng)盾構(gòu)機(jī)痕到達(dá)施稠工是指片從盾構(gòu)論機(jī)到達(dá)虹接收井?。ɑ虻V忍山法隧碌道擴(kuò)大答段）之梁前50m到盾構(gòu)雖機(jī)貫通憲區(qū)間隧禁道進(jìn)入河車(chē)站接諒收井，寒被推上須盾構(gòu)接取收基座察的整個(gè)嶄施工過(guò)島程。其館工作內(nèi)盡容包括露：盾構(gòu)稻機(jī)定位岡及接收棵洞門(mén)位舅置復(fù)核廈測(cè)量、答地層加瞞固、洞脹門(mén)處理澡、安裝刪洞門(mén)圈醫(yī)密封設(shè)扮備、安圓裝接收煉基座等遵。相對(duì)洋盾構(gòu)圍始發(fā)殘來(lái)說(shuō)伏，盾熟構(gòu)到偽達(dá)是瘋盾構(gòu)察始發(fā)賭的逆醬過(guò)程招，其籃施工蔥工藝從基本含相類(lèi)斧似。盾構(gòu)到烤達(dá)破除釣洞門(mén)盾構(gòu)胃機(jī)到述達(dá)注饒意事破項(xiàng)：（1）、襯根據(jù)革盾構(gòu)找機(jī)的般貫通鈔姿態(tài)有及掘團(tuán)進(jìn)糾嘴偏計(jì)狂劃進(jìn)案行推朗進(jìn)，墾糾偏拳要逐納步完閣成，蛙每一清環(huán)糾屆偏量她不能輝過(guò)大快。（2）、鎮(zhèn)在盾?chē)跇?gòu)機(jī)妻距離誰(shuí)端頭出墻50米時(shí),選擇合貓理的掘普進(jìn)參數(shù)錫，逐漸桶放慢掘挨進(jìn)速度對(duì)，控制須在20罰mm真/m礙in以下，留以確保完到達(dá)端娘墻的穩(wěn)平定。（3）、盾脊構(gòu)進(jìn)入揮到達(dá)段悟后，加斧強(qiáng)地表便沉降監(jiān)背測(cè)，及啦時(shí)反饋貓信息以館指導(dǎo)盾洪構(gòu)機(jī)掘互進(jìn)。（4）、草盾構(gòu)役機(jī)刀巖盤(pán)距粱離貫峰通里評(píng)程小乳于10敘m時(shí)，爐在掘屠進(jìn)過(guò)淺程中驅(qū)，專(zhuān)恰人負(fù)嫌責(zé)觀渣測(cè)出級(jí)洞洞甲口的懶變化躁情況叮，始砍終保紋持與蓮盾構(gòu)驗(yàn)機(jī)司拐機(jī)聯(lián)品系，罰及時(shí)冷調(diào)整醉掘進(jìn)糾參數(shù)刮。（5）、當(dāng)智管片最瘋后一環(huán)判管片拼錄裝完成震后，通惰過(guò)管片夸的二次粒注漿孔帝，注入常雙液漿畏進(jìn)行封鐵堵。注稿漿的過(guò)痛程中要寇密切關(guān)架注洞門(mén)左的情況累。2.球7、隧愿道防透水技漠術(shù)及武注意王事項(xiàng)盾構(gòu)區(qū)誓間防水族工作以舒管片結(jié)點(diǎn)構(gòu)自防長(zhǎng)水為根擇本、接畢縫防水銅為重點(diǎn)蜻，確保銹隧道整盛體防水尸，同時(shí)尤遵循“以防鳥(niǎo)為主吃、以蓬堵為霜輔、罩多道蒸防線廉、綜縫合制棋理”的原則翁，制定套防水施峽工措施政。管片結(jié)訂構(gòu)的自套防水管片夕用管摟模生夾產(chǎn)，大管片棄砼采講用高怖抗?jié)B祥高強(qiáng)火度（C50）等編級(jí)的語(yǔ)混凝碗土，昏抗?jié)B糊等級(jí)饒為S1脂2。采用王摻加高顛效減水煉劑及粉白煤灰“雙摻”技術(shù)，筆減少水厭泥用量共，降低權(quán)水化熱薄，減少粒收縮裂和縫的產(chǎn)爆生。管模管片椒鋼筋爆籠管片水治養(yǎng)三環(huán)拼棄裝管片探生產(chǎn)堂流程槍圖管片宗的接淡縫防害水（1）、絹管片魔之間役設(shè)置步密封兵墊溝啟槽，勾其內(nèi)茄設(shè)置教高彈民性三稻元乙擠丙橡抹膠密大封條潑。（2）、管賣(mài)片間設(shè)充有嵌縫葛槽。為稼防止隧雙道上半問(wèn)部拱頂建滴漏危夾及行車(chē)添安全，駱對(duì)隧道返上半部純拱頂45°范圍今作嵌狂縫密魄封。抹隧道乳下半團(tuán)部不妄作嵌茄縫處伙理，閉以保愁證隧粥道長(zhǎng)巾期防盲水效妄果。（3）、捎螺栓氏孔采醋用可誤更換葡的遇鏈水膨青脹橡甘膠密僚封圈懸作為差螺孔校密封啊圈加唱強(qiáng)防禁水。同步丟注漿格和二醬次注扁漿盾構(gòu)鄉(xiāng)豐推進(jìn)壇后，賓盾尾黨空隙兩在圍牙巖坍宵落前儲(chǔ)及時(shí)晃進(jìn)行藍(lán)注漿,不但亭可防敵止地盼面沉蔬降,而且坊有利神于隧波道